ES2315326T3 - Dispositivo de conversion de señales de medicion producidas por un sensor piezoelectrico en señales digitales. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de conversión para un grupo de percusión hidráulico, en particular un martillo hidráulico, para la conversión de señales de medición, que se producen en un sensor piezoeléctrico (6) mediante las aceleraciones que actúan sobre éste durante los procesos de percusión del grupo de percusión (1) y a partir de las cuales puede determinarse el número de carreras de trabajo realizadas en el sentido de percusión (flecha 3) del grupo de percusión (1), en señales digitales apropiadas para el procesamiento en un microprocesador (12), caracterizado por: un rectificador (8) conectado a la salida (6a) del sensor piezoeléctrico (6), bajo cuya acción se suprime la parte negativa de la señal de medición; un detector de valores de cresta (9) conectado al rectificador (8) que transforma en una curva envolvente la parte positiva restante de la señal de medición; un filtro de paso alto (10), bajo cuya acción la curva envolvente de señales de medición sucesivas se transforma en señales intermedias con amplitudes que presentan cada una de ellas un paso por cero, y un comparador (11) cuya entrada está conectada a la salida del filtro de paso alto (10) y cuya salida está conectada a una entrada digital (12a) del microprocesador (12), bajo cuya acción las señales intermedias se transforman en señales digitales de amplitud rectangular.
Description
Dispositivo de conversión de señales de medición
producidas por un sensor piezoeléctrico en señales digitales.
La invención se refiere a un dispositivo de
conversión para un grupo de percusión hidráulico, en especial un
martillo hidráulico, para la conversión de las señales de medición,
que se producen en un sensor piezoeléctrico mediante las
aceleraciones que actúan sobre éste durante los procesos de
percusión del grupo de percusión y a partir de las cuales puede
determinarse el número de carreras de trabajo realizadas en el
sentido de percusión del grupo de percusión, en señales digitales
apropiadas para el procesamiento en un microprocesador.
Lo mismo que la propuesta de solución conocida
del documento DE 199 23 680 A1, la invención parte del
reconocimiento de que el número total actual de las percusiones
realizadas por el grupo de percusión constituye una magnitud
relevante para la determinación de la duración en servicio actual, a
partir de la cual -mediante comparación con los correspondientes
datos previos- pueden derivarse también afirmaciones acerca del
estado de utilización del correspondiente grupo de percusión.
Una afirmación sobre el estado de utilización
del grupo de percusión puede conseguirse de la manera más sencilla
comprobando si el número total actual de percusiones realizadas por
el grupo de percusión ha alcanzado un orden de magnitudes que
equivale al número de percusiones totales establecidas en un período
de servicio sin mantenimiento.
Con la publicación mencionada ya se ha planteado
la propuesta de generar señales de medición, para determinar la
duración de servicio y el estado de utilización en un grupo de
percusión hidráulico durante los distintos períodos de servicio
temporalmente sucesivos del grupo de percusión, a partir de las
cuales se puede determinar el número de carreras realizadas por los
émbolos percutores del grupo de percusión en un sentido de
movimiento, sumar continuamente el número de señales y almacenarlo
como número total y hacer reconocible el número total de señales, al
menos temporalmente, en forma de una indicación que señale el estado
de utilización.
Para generar las señales de medición que indican
el número de percusiones puede utilizarse un emisor de valores de
medición en forma de un sensor piezoeléctrico, que registre procesos
de oscilación producidos a causa de las carreras de los émbolos
percutores.
La invención tiene como objetivo proporcionar un
dispositivo de conversión para un grupo de percusión hidráulico, en
especial un martillo hidráulico, para transformar mediante un sensor
piezoeléctrico las señales de medición oportunas en señales
digitales que -a pesar de las condiciones de trabajo rudas que son
de esperar con el uso de grupos de percusión hidráulicos-
suministren de manera suficientemente fiable las informaciones
necesarias y que presenten un bajo consumo de energía. Además, el
nuevo dispositivo de conversión debe estar configurado de tal manera
que permita un modo de construcción compacto y de esta manera sin
problemas y sin un esfuerzo especial se pueda colocar en un lugar
apropiado para la generación de las señales de medición.
Finalmente, el dispositivo de conversión debe
caracterizarse también porque sea en gran medida independiente del
tipo de construcción, el tamaño de construcción y otros índices
característicos del grupo de percusión que hay que vigilar.
El objetivo se consigue por medio de un
dispositivo de conversión con las características de la
reivindicación 1. La idea básica de la invención consiste en
transformar las señales de medición generadas en varias etapas
sucesivas por medio de un sensor piezoeléctrico, en señales
digitales que permiten una declaración suficientemente segura acerca
de los procesos de percusión realizados por el grupo de percusión y
que adoptan una configuración adecuada por el tratamiento en un
microprocesador. En detalle, el dispositivo de conversión presenta
las siguientes características:
- un rectificador conectado a la salida del sensor piezoeléctrico, bajo cuya acción se suprime la parte negativa de la señal de medición obtenida por medio del sensor piezoeléctrico;
- un detector de valores de cresta conectado al rectificador que transforma en una curva envolvente la parte positiva restante de la señal de medición; un filtro de paso alto bajo cuya acción la curva envolvente de señales de medición sucesivas se transforma en señales intermedias con amplitudes que presentan cada una de ellas un paso por cero, y
- un comparador cuya entrada está conectada a la salida del filtro de paso alto y cuya salida está conectada a una entrada digital del microprocesador, bajo cuya acción las señales intermedias se transforman en señales digitales de amplitud rectangular.
Mediante el filtro de paso alto se modifica la
posición de las señales introducidas de tal manera que cada una de
sus amplitudes presenta un paso por cero perfecto. Por consiguiente,
el dispositivo de conversión se adapta automáticamente al
correspondiente grupo de percusión, con la consecuencia de que el
dispositivo de conversión puede usarse sin modificaciones en
relación con grupos de percusión de diferente configuración.
Como sensor piezoeléctrico puede utilizarse
dentro del marco de la invención un sensor piezoeléctrico de choque,
como los que se usan por ejemplo en un ordenador portátil para la
protección del disco duro.
El objeto de la invención se puede configurar
así de manera amplia haciendo que el comparador presente
adicionalmente un condensador y que éste se disponga de tal manera
que en la salida del comparador sólo haya señales digitales con una
separación temporal prefijada con respecto a la señal digital del
proceso percusor anterior (reivindica-
ción 2).
ción 2).
El condensador adicional asegura, por lo tanto,
que pueda suprimirse cualquier "señal errónea" generada
adicionalmente por el sensor piezoeléctrico, que se produce por
ejemplo debido a las aceleraciones del grupo de percusión que
normalmente no son de esperar.
El objeto de la invención está configurado
preferentemente de modo que el sensor piezoeléctrico constituye al
mismo tiempo la fuente de energía para los componentes conectados
aguas arriba del comparador -rectificador, detector de valores de
cresta, filtro de paso alto- y que el comparador está conectado a
una alimentación de energía independiente del sensor piezoléctrico
(reivindicación 3).
La ventaja de esta forma de realización consiste
en que el dispositivo de conversión -con la excepción del
compara-
dor- no necesita ningún aporte externo de energía y presenta únicamente un bajo consumo de energía.
dor- no necesita ningún aporte externo de energía y presenta únicamente un bajo consumo de energía.
Por consiguiente es posible equipar al
dispositivo de conversión y al microprocesador con una unidad de
batería integrada que bajo ciertas circunstancias permite una
duración de más de cinco años.
La unidad de batería puede constar en especial
de una o varias baterías de litio-cloruro de
tionilo.
El manejo y la rentabilidad del dispositivo de
conversión se pueden mejorar reuniendo el sensor piezoeléctrico
junto con el rectificador, el detector de valores de cresta, el
filtro de paso alto y el comparador con el microprocesador en un
componente que forma una unidad mecánica, que puede fijarse a la
caja del grupo de percusión (reivindicación 4).
Los mencionados componentes -así como la unidad
de batería anteriormente citada y el condensador asignado
eventualmente de modo adicional al comparador- se fija
preferentemente mediante una masa de relleno elástica dentro de una
camisa metálica que por su parte, al fijarse en un grupo de
percusión, se apoya en la caja del grupo de percusión a través de
una capa de amortiguación elástica.
La masa de relleno y la capa de amortiguación
deben estar adaptados en lo que respecta a su comportamiento
oscilatorio de tal manera que las aceleraciones en el sensor
piezoeléctrico que parten del grupo de percusión produzcan con
suficiente seguridad las señales necesarias.
En el caso normal es suficiente con que el
sensor piezoeléctrico, el rectificador, el detector de valores de
cresta, el filtro de paso alto y el comparador estén dispuestos y
acoplados entre sí de tal manera que los componentes anteriormente
mencionados del grupo de percusión sean funcionales entre 3 y 70 Hz
(reivindicación 5).
Esta configuración tiene como consecuencia que
el dispositivo de conversión sin medidas de adaptación adicionales
es en gran medida independiente del tipo de construcción, el tamaño
de construcción y otros valores característicos del grupo de
percusión.
La invención se explicará a continuación en
detalle basándose en los dibujos.
Se muestra:
Fig. 1 esquematizada la estructura básica del
nuevo dispositivo de conversión junto con el microprocesador y la
unidad de batería en acción conjunta con un martillo hidráulico;
Fig. 2 un esquema de conexiones del dispositivo
de conversión representado en la Fig. 1 y
Fig. 3a a e la transformación en varias etapas
de la señal de medición en una señal digital con desarrollo
rectangular de la amplitud.
La representación según la Fig. 1 muestra
primero un grupo de percusión hidráulico en sí conocido en forma de
un martillo hidráulico 1, en cuya caja 1a se conduce un émbolo
percutor 1b moviéndolo en vaivén en sentido longitudinal y bajo la
acción de un control no representado actúa sobre una herramienta
configurada como cincel 2, transformándose la energía de movimiento
que parte del émbolo percutor 1b en energía de percusión.
El movimiento del émbolo percutor 1b en el
sentido de la carrera de trabajo (sentido de percusión) se indica
por medio de una flecha 3.
La caja 1a está fija a un elemento portante 4
-configurado como caja portante o bastidor portante- presentando el
elemento portante 4 una consola de conexión 5. A través de esta
última el elemento portante 4 puede unirse a un aparato portante, en
especial con el brazo de una draga hidráulica.
El aparato portante proporciona también -tal
como se indica con el documento 199 23 680- la energía hidráulica
necesaria para el funcionamiento del martillo hidráulico 1.
Las aceleraciones que aparecen en el estado de
funcionamiento del martillo hidráulico 1, es decir, durante los
procesos de percusión del émbolo percutor 1b, actúan también sobre
un sensor piezoeléctrico 6 y producen en éste señales de medición, a
partir de cuyo número se pueden determinar las carreras de trabajo
realizadas en el sentido de percusión (flecha 3) del martillo
hidráulico 1.
La salida 6a del sensor piezoeléctrico 6 está en
conexión con un dispositivo de conversión 7, que presenta un
rectificador 8, un detector de valores de cresta 9, un filtro de
paso alto 10 y un comparador 11.
En el lado de salida el comparador 11 está
conectado a una entrada digital 12a de un microprocesador 12, en el
que se almacenan y tratan las señales digitales generadas bajo la
acción del comparador 11.
El microprocesador 12 sirve en especial para
almacenar las señales digitales recogidas, sumarlas y a partir de
ahí derivar datos sobre la duración activa de funcionamiento del
martillo hidráulico 1 y -con respecto a los intervalos de
mantenimiento prefijados- preparar información sobre el estado de
funcionamiento del martillo hidráulico 1.
Las informaciones facilitadas en total por el
microprocesador 12 pueden leerse de manera inalámbrica a través de
una interface de infrarrojos 12b - por ejemplo mediante un ordenador
portátil o un teléfono móvil. La interface de infrarrojos 12b sirve
además para transmitir datos, programas y órdenes al microprocesador
12.
Para la alimentación de energía al
microprocesador 12 y al comparador 11 existe una unidad de batería
13 que presenta al menos una batería de
litio-cloruro de tionilo.
Para aumentar la duración de servicio de la
batería 13, el dispositivo de conversión 7 está configurado de tal
manera que el sensor piezoeléctrico 6 constituye al mismo tiempo la
fuente de energía para el rectificador 8, el detector de valores de
cresta 9 y el filtro de paso alto 10; estos componentes del
dispositivo de conversión 7 no dependen por lo tanto de una
alimentación externa de energía.
Tal como se indica en la Fig. 1 mediante una
superficie rectangular 14 de trazos y puntos, los componentes 6 a 13
están reunidos en un componente que forma una unidad mecánica, que
va fijada a la caja 1a del martillo hidráulico 1. El componente
definido con el borde rectangular 14 se designa con 14' en la caja
1a. De modo distinto, el componente mencionado en el marco de la
invención puede ir montado también en el elemento portante 4, en la
consola de conexión 5 o en el aparato portante - por ejemplo en el
brazo de la draga hidráulica.
Del esquema según la Fig. 2 puede verse el
enlace de los componentes 6 y 8 a 11 así como la estructura básica
de los componentes 8 a 11.
Según ello, el sensor piezoeléctrico 6 está
conectado al rectificador 8 con dos diodos 8a y 8b, representando el
diodo 8b también un componente del detector de valores de cresta 9.
El sensor piezoeléctrico 6 está unido por su parte al detector de
valores de cresta 9, que presenta una resistencia 9a de elevado
valor y un condensador 9b conectado en paralelo a ella.
Al componente 9 se une el filtro de paso alto 10
con un condensador 10a y una resistencia 10b de elevado valor.
Detrás del filtro de paso alto 10 está conectado
el comparador 11 con dos resistencias 11a y 11b de elevado valor,
que es alimentado con energía por medio de la unidad de batería 13
(véase para ello la Fig. 1). Las resistencias 11a y 11b generan una
tensión de referencia, de tal manera que el dispositivo de
conversión se insensibiliza frente a tensiones parásitas externas.
El comparador 11 está equipado además con un condensador 11c; éste
sirve para suprimir las señales que caen por debajo de una
separación temporal mínima prefijada con respecto al proceso de
percusión previo. Tal como ya se ha mencionado, la salida 11d del
comparador 11 está conectada a la entrada 12a del microprocesador 12
(véase para ello la Fig. 1).
El sensor piezoeléctrico 6, el rectificador 8,
el detector de valores de cresta 9, el filtro de paso alto 10 y el
comparador 11 están concebidos y adaptados entre sí de tal manera
que el dispositivo de conversión 7 formado por los componentes 8 a
11 puede usarse para frecuencias de percusión del martillo
hidráulico 1 entre 3 y 70 Hz.
El modo de acción del sensor piezoeléctrico 6 y
de los componentes 8 a 11 del dispositivo de conversión 7 se
explicará a continuación basándose en las Figs. 3a a 3e. El curso de
las amplitudes de las correspondientes señales se representa frente
al tiempo (en milisegundos).
Las aceleraciones que aparecen a consecuencia de
los procesos de percusión del martillo hidráulico 1 y que también
actúan sobre el sensor piezoeléctrico 6, producen en el sensor
piezoeléctrico la generación de las señales de medición
representadas en la Fig. 3a. Éstas quedan según la Fig. 3b influidas
bajo la acción del rectificador 8 de tal manera que se suprime (es
decir, se separa) la parte negativa de la señal de medición
suministrada al rectificador 8. Mediante el detector de valores de
cresta 9, la parte positiva restante de la señal de medición se
transforma en una curva envolvente (Fig. 3c). Bajo la acción del
filtro de paso alto (tal como se puede ver de la Fig. 3d), esta
curva envolvente se desplaza de tal manera que el desarrollo de las
amplitudes de señales intermedias temporalmente sucesivas presenta
pasos por cero "más limpios".
Las señales intermedias preparadas de este modo
se transforman mediante el comparador 11 en señales digitales con un
desarrollo rectangular de las amplitudes, de tal manera que pueden
ser recogidas y tratadas por el microprocesador 12 que va conectado
aguas abajo.
La configuración anteriormente descrita y la
conexión técnica de los componentes 6 y 8 a 11 permite, por una
parte, usar el dispositivo de conversión 7 sin medidas de adaptación
en relación a mecanismos percutores hidráulicos de distintas
configuraciones. Por otra parte, mediante una disposición adecuada
de los componentes 6 y 8 a 10 puede conseguirse que el dispositivo
de conversión 7 -con la excepción del comparador 11- no requiera
ninguna fuente de energía adicional.
Por consiguiente, la invención contribuye a
facilitar o mejorar desde el punto de vista económico el suministro
de información ya descrito en el documento DE 199 23 680, a partir
de la cual puede deducirse una afirmación acerca de la duración de
servicio activo de un grupo de percusión hidráulico y su estado de
utilización - por ejemplo con respecto a los intervalos de
mantenimiento prefijados.
Claims (5)
1. Dispositivo de conversión para un grupo de
percusión hidráulico, en particular un martillo hidráulico, para la
conversión de señales de medición, que se producen en un sensor
piezoeléctrico (6) mediante las aceleraciones que actúan sobre éste
durante los procesos de percusión del grupo de percusión (1) y a
partir de las cuales puede determinarse el número de carreras de
trabajo realizadas en el sentido de percusión (flecha 3) del grupo
de percusión (1), en señales digitales apropiadas para el
procesamiento en un microprocesador (12), caracterizado
por:
- un rectificador (8) conectado a la salida (6a) del sensor piezoeléctrico (6), bajo cuya acción se suprime la parte negativa de la señal de medición;
- un detector de valores de cresta (9) conectado al rectificador (8) que transforma en una curva envolvente la parte positiva restante de la señal de medición;
- un filtro de paso alto (10), bajo cuya acción la curva envolvente de señales de medición sucesivas se transforma en señales intermedias con amplitudes que presentan cada una de ellas un paso por cero, y
- un comparador (11) cuya entrada está conectada a la salida del filtro de paso alto (10) y cuya salida está conectada a una entrada digital (12a) del microprocesador (12), bajo cuya acción las señales intermedias se transforman en señales digitales de amplitud rectangular.
2. Dispositivo de conversión según la
reivindicación 1, caracterizado porque el comparador (11)
está equipado adicionalmente con un condensador (11c) dimensionado
de modo que a la salida (11d) del comparador sólo hay señales
digitales con una separación temporal prefijada con respecto a la
señal digital de la operación de percusión anterior.
3. Dispositivo de conversión según las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el sensor
piezoeléctrico (6) constituye al mismo tiempo la fuente de energía
para los componentes conectados aguas arriba del comparador (11)
-rectificador (8), detector de valores de cresta (9), filtro de paso
alto (10)- y porque el comparador (11) está conectado a una
alimentación de energía (13) independiente del sensor piezoléctrico
(6).
4. Dispositivo de conversión según una de las
anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el sensor
piezoeléctrico (6) junto con el rectificador (8), el detector de
valores de cresta (9), el filtro de paso alto (10) y el comparador
(11) con el microprocesador (12) están reunidos en un componente
(14') que forma una unidad mecánica, que puede fijarse a la caja (1
a) del grupo de percusión (1).
5. Dispositivo de conversión según una de las
anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el sensor
piezoeléctrico (6), el rectificador (8), el detector de valores de
cresta (9), el filtro de paso alto (10) y el comparador (11) están
dispuestos y acoplados entre sí de tal manera que los componentes
anteriormente mencionados están adaptados para funcionar a
frecuencias de percusión del grupo de percusión (1) comprendidas
entre 3 y 70 Hz.
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